正极性重复方波电压下有机硅凝胶内局部放电起始特性及影响因素研究

高压大功率绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)器件封装用有机硅凝胶的绝缘性能制约着器件的绝缘性能,目前针对器件所承受的正极性重复方波下有机硅凝胶内局部放电起始特性及影响因素的研究较少。文中建立了正极性重复方波电压下有机硅凝胶内局部放电实验平台,采用光电联合检测法获得了正极性重复方波下有机硅凝胶内局部放电起始特性并分析了机制,初步掌握了正极性重复方波波形参数包括上升时间、下降时间、占空比和频率对有机硅凝胶内局部放电起始电压PDIV(partial discharge inception voltage)和放电瞬时电压的影响规律。结果表明PDIV随上升时间变化不大,但200 ms处较150 ms处下降了10.4%,当下降时间大于100 ms时PDIV呈近似线性上升趋势,当占空比在30%~70%之间时保持相对稳定,随着频率增加PDIV在100 Hz处存在极小值。文中研究成果对于器件应用工况下IGBT器件内部封装用有机硅凝胶绝缘特性的认知具有一定的指导意义。

C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)混合气体局部放电起始电压的试验研究

研究C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)环保绝缘气体的局部放电特性,可为环保型气体绝缘电气设备的设计制造及运维提供技术支撑。为此,利用针–板电极研究了极不均匀电场中C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)混合气体的交流局部放电起始电压(partial discharge initial voltage,PDIV),并分析了O_(2)的体积分数、气压以及电场不均匀系数对其PDIV的影响。试验结果表明:在0.15~0.25 MPa气压范围内,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中加入O_(2)体积分数不宜超过4%;而在0.35~0.65 MPa气压范围内,3种O_(2)占比中,在C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体加入体积分数为4%的O_(2)的方案相对最优。混合气体的PDIV随气压的变化会出现“驼峰效应”;O_(2)体积分数小于8%时,不均匀系数的增加能够有效减少C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)和C_(4)F_(7)N/CO_(2)这2种混合气体PDIV幅值的差别;而O_(2)体积分数高于8%时,不均匀系数的变化对2种混合气体幅值差别的改变影响很小。因此,从混合气体交流局部放电起始电压角度考虑,C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)混合气体具备应用于气体绝缘交流设备的可行性。

工频正弦和重复方波电压下间位芳纶局部放电起始电压测试

正弦及重复方波下局部放电起始电压(partial discharge inception voltage,PDIV)测量是评估工作在脉宽调制下变频电机绝缘性能的关键技术,两种电压下PDIV对比研究值得关注。因此,在相同频率正弦和重复方波电压下,该文对新能源汽车变频电机主绝缘关键材料间位芳纶PDIV进行对比实验研究。采用统计法发现球板电极结构PDIV测试中引发流注放电的初始电子主要来源及间位芳纶首次放电的分布规律。研究表明:间位芳纶PDIV取决于电压峰峰值,采用正弦或者过冲较小的重复方波测试,可获得较为保守的PDIV;重复方波电压下,局部放电能量集中在0.2~1.4GHz频段,受电荷弛豫及测试设备影响,测试频率不宜过高。结果可为脉宽调制电压下间位芳纶PDIV测试提供一定参考。

重复脉冲电压上升时间对变频电机绝缘局部放电起始电压影响研究

重复脉冲电压下绝缘局部放电起始电压(PDIV)测试是评估低压变频电机绝缘性能的主要手段。为得到客观的PDIV测试结果,必须研究重复脉冲参数对PDIV的影响规律。利用重复脉冲电压下的局部放电测试系统,研究了20 ns、40 ns、60 ns和1μs 4种上升时间下变频电机匝间绝缘PDIV的统计特性。结果表明:重复脉冲上升时间处的过电压是PDIV测试结果偏高的主要原因,20 ns上升时间下测得的PDIV比基本无过电压的重复脉冲PDIV测试结果高约30%,这是因为持续时间较短的过电压幅值虽超过了实际PDIV,但由于缺少激发电子崩的初始电子,未发生局部放电。在对变频电机绝缘进行PDIV测试时,应充分考虑重复脉冲上升时间处过电压对测试结果的影响。

气隙缺陷局部放电起始电压估算的研究

根据汤姆森击穿理论,针对气隙缺陷模型,提出了1种基于该理论的局部放电起始电压和击穿电场的估算方法。并通过试验与仿真进行了对比,结果表明,估算公式对局部放电起始电压和击穿电场的估算具有一定的指导意义。

基于深度信念网络的变频电机局部放电起始电压预测

局部放电是导致变频电机匝间绝缘过早失效的主要原因,匝间绝缘局部放电起始电压(PDIV)的预测对变频电机绝缘设计具有重要意义,因此提出一种基于深度信念网络的匝间绝缘PDIV预测方法。首先建立基于汤逊理论的局部放电仿真模型,计算不同仿真参数下匝间绝缘模型的PDIV;其次分析匝间绝缘PDIV的影响因素,建立深度信念网络提取影响因素和PDIV之间的非线性关系;然后根据仿真分析与试验测试,验证本文所提方法的有效性;最后通过平均影响值算法探究了匝间绝缘PDIV的主要影响因素。实验结果表明,该方法预测结果的最大相对误差为5.9%,为变频电机匝间绝缘设计和状态评估提供了新思路。

重复脉冲极性及占空比对变频电机绝缘局部放电起始电压的影响研究

研究重复脉冲电压参数对变频电机绝缘局部放电起始电压(PDIV)的影响规律,有利于低压散绕电机的绝缘性能评估。本文搭建了重复脉冲及正弦电压下的局部放电测试系统,通过对双绞线施加不同电压波形,研究了重复脉冲极性及占空比(0.01%~70%)对I型变频电机匝间绝缘PDIV的影响规律及机理,分析了正弦与脉冲电压下PDIV测试等效条件。结果表明:占空比为50%时,脉冲电压双极性下试样PDIV约低于单极性下PDIV的12%;随着脉冲占空比的增加,单极性下PDIV值逐渐升高,双极性下PDIV变化较小,但呈现先增加后减小的趋势;当单极性脉冲占空比为10%以下,双极性脉冲占空比为30%~70%时,与正弦电压下PDIV测试值最接近。对此,采用脉冲电压测试电机绝缘PDIV时,需考虑占空比的选取;且在一定电压参数下,正弦与脉冲电压PDIV测试基本等效。

耐电晕漆包线局部放电起始电压自动测试系统设计

研究耐电晕漆包线在重复高频方波脉冲下局部放电起始电压(PDIV)的规律,有利于分析不同的耐电晕试验参数对漆包线耐电晕性能的影响。采用高频方波脉冲电源、高频电流检测技术和微型控制技术相结合的方式,设计了一种耐电晕漆包线在重复高频方波脉冲条件下的PDIV自动测试系统。并使用此系统,对不同频率重复高频方波脉冲下不同直径漆包线绞线试样的PDIV进行了测试。结果表明:该系统能够高效准确地检测出耐电晕漆包线的PDIV,且实验结果与使用紫外光谱仪测试的PDIV结果趋势相同。

水分及测试方法对植物绝缘油局部放电起始电压测试结果的影响

局部放电起始电压(PDIV)是监测高压绝缘系统状态的重要参数之一。本文采用不同的测试方法和电极配置方式测试植物绝缘油的PDIV,分析试验方法和电极配置方式对不同含水量的植物绝缘油PDIV测量结果的影响。结果表明:不同的升压速度对植物绝缘油的PDIV测量结果有显著影响,且植物绝缘油含水量较低时影响更大。无论接地电极形状如何,在具有较大尖端曲率半径的针电极处局部放电起始电压测量值更高。针-板电极下,针电极尖端半径对局部放电起始电压测量结果有显著影响。

气体状态对SF_(6)气体中局部放电的影响研究

GIS是现代电力系统中的重要设备,SF_(6)因其电气强度高等特点而被广泛应用于GIS等气体绝缘设备中。GIS设备运行过程中,SF_(6)气体状态的变化会影响设备的局部放电。为了考察气体气压、温度与湿度对于SF_(6)局部放电的影响,搭建了气体气压、温度与湿度可调的局部放电测试平台,利用特高频法与脉冲电流法测量了不同气压、温度与湿度下的局部放电起始电压与局部放电发展特性。试验结果表明,局部放电起始电压随气压升高而升高、随湿度升高先下降后上升以及随温度升高而升高。同时对局部放电基本特性随气压、温度及湿度的变化规律进行了统计分析,为分析现场检测数据及识别放电类型提供了一定的参考。

局部放电的静电场仿真定量分析

在指导电气产品的绝缘设计方面,电场仿真分析的应用日益广泛。以局部放电测试工装为研究对象,分析静电场仿真数据与局部放电起始电压之间的量化关系,提出采用静电场仿真数据预测局部放电起始电压的方法,并通过试验验证了该方法的可行性。研究表明,仿真数据中的最大电场强度、最大场强位置周边区域的电场不均匀系数与局部放电起始电压息息相关。对某工况下的局部放电起始电压进行预测,结果表明预测方法适用于稍不均匀电场的结构,试验测得的局部放电起始电压与预测电压的误差不超过10%。

CF_3I-CO_2混合气体在针板电极下局部放电绝缘特性实验研究

由于SF6气体严重的温室效应影响,减少或杜绝SF6气体的使用已经达成共识,有关SF6替代气体的研究围绕一种电负性气体和缓冲气体的混合气体展开。本文在针板电极下通过工频实验同时测量了CF3I-CO2的局部放电起始电压和击穿电压,讨论了混合比、压强对混合气体局部放电性能的影响,并与SF6-CO2混合气体的局部放电起始电压进行比较。实验结果表明:一个大气压下,纯CF3I的击穿电压是SF6的1.2倍;CF3I-CO2的局部放电起始电压是SF6-CO2的0.9～1.1倍,同时,CF3I气体与CO2气体具有很好的协同效应,协同效应值为0.53;CF3I-CO2(30%-70%)混合气体的局部放电能力是纯SF6的0.74倍。因此,从局部放电性能的角度来看,CF3I-CO2(30%-70%)混合气体有可能替代SF6气体用在气体绝缘设备中。

CF_3I/CO_2与CF_3I/N_2两种混合气体局部放电绝缘特性的试验研究

近年来，寻找SF6替代气体的研究工作成为各国科学家和电力部门需要解决的迫切问题。从局部放电绝缘特性角度出发，对CF3I／CO2与CF3I／N2两种混合气体在不同气压、混合比和间距下的局部放电起始电压（工频负半周局放起始电压（negativepartialdischargeinceptionvoltage，PDIV-）和正半周局放起始电压（positivepartialdischargeinceptionvoltage，PDIV＋））进行测量和比较，同时对两种混合气体的PDIV-和PDIV＋值随混合比变化的协同效应进行计算和对比分析。试验结果表明：相同试验条件下CF3I／CO2混合气体的PDIV-值和PDIV＋值分别约为CF3I／N2混合气体的1．2倍和1．0～1．4倍，且CF3I／CO2混合气体PDIV-和PDIV＋值随混合比变化的协同效应也均明显优于CF3I／N2混合气体。故综合考虑温室效应潜在值（global warming potential，GWP）、液化温度以及局部放电绝缘特性等因素，在特定环境下，混合比为25～30％的CF3I／CO2混合气体较CF3I／N2混合气体更适合被考虑作为SF6气体的绝缘替代物用于低中压电气设备中。

CF_3I/N_2混合气体局部放电特性实验研究

CF3I气体是SF6气体的一种可能替代,然而其较高的液化温度使其难以用在气体绝缘设备中。为此,将CF3I气体和氮气混合,通过实验研究了压强、电负性气体(CF3I或SF6气体)与混合气体的气压比值(混合比)、电极距离3个因素对CF3I/N2混合气体局部放电起始电压的影响,并与相同情况下SF6/N2混合气体的局部放电起始电压进行了对比。实验结果表明:随着混合比和电极距离的增大,CF3I/N2混合气体与SF6/N2混合气体局放起始电压的比值呈现增长趋势;气压的变化对2种混合气体局放起始电压的影响大致相同;N2能较大程度地改善纯CF3I气体对不均匀电场的敏感程度,且N2体积分数为20%的CF3I/N2混合气体液化温度为-22.35～-18.35°C,其局放起始电压为纯SF6气体的0.7倍左右。因此从局放特性角度看,混合比为20%的CF3I/N2混合气体有可能代替SF6气体被用于气体绝缘设备。

变频电机绝缘局放电压自动测试系统设计

国际电工技术委员会国际标准要求在重复脉冲电压下,对变频电机绝缘进行局部放电起始放电电压(PDIV)和局部放电熄灭电压(PDEV)测试。结合二维机械滑台、特高频测试技术、高频脉冲电源系统、高速宽带数据采集和微型控制技术,设计一种用于重复脉冲电压下变频电机绝缘PDIV与PDEV多路自动测试系统,可准确、高效测试变频电机绝缘PDIV与PDEV。最后,利用此系统进行不同上升时间重复脉冲下变频电机匝间绝缘绞线对试样的PDIV与PDEV测试,实验结果发现当重复脉冲电压上升时间小于100 ns时,产生的过电压会显著影响PDIV与PDEV测试结果,与预期结果一致,验证了系统的可靠性。

工频下双馈感应发电机转子绝缘系统局部放电的测试及分析方法

为验证双馈感应发电机的高海拔运行适应性,利用工频局部放电试验平台对双馈感应发电机转子绝缘系统进行局部放电测试,基于正态分布统计分析局部放电起始电压,得到在高海拔工况下双馈感应发电机绝缘系统的应用限制条件。结果表明:利用正态分布的3σ原则可以评估现有绝缘系统在不同温度和海拔工况下的运行适应性,得到其可承受的外部电应力限值。

不均匀电场下SF_6/CO_2混合气体局部放电绝缘性能实验研究

SF6气体的温室效应对环境的影响日益严重,限制SF6气体的排放已经达成共识。用针-板电极模拟真实GIS金属突出物缺陷,通过工频实验测量了SF6/CO2混合气体的局部放电起始电压,讨论了电极间距、混合比、气压等因素对混合气体局部放电性能的影响,并与纯SF6气体进行对比分析。

方波脉冲电压下温度对聚酰亚胺薄膜电气绝缘特性的影响

为了研究温度尤其是高温对变频牵引电机绕组匝间绝缘材料电气绝缘特性的影响,以聚酰亚胺纳米复合薄膜为研究对象,测试了薄膜的介电温度谱,研究了方波脉冲电压下温度θ对薄膜局部放电起始放电电压(partial discharge inception voltage,PDIV)、击穿电压Ub及老化寿命的影响,分析了薄膜在老化期间的空间电荷分布特性。研究结果表明:θ升高,薄膜高分子链热运动加剧,阻碍了分子链极性端基及侧链的取向极化作用,使薄膜的介电常数ε减小;同时,薄膜的介质损耗tanδ也因极化作用的减弱而减小,但因弛豫现象使介质损耗温度谱在110℃处出现1个峰值;θ升高,被陷阱捕获的电子更容易受激发而脱陷,易满足局部放电对初始电子的要求,使PDIV降低;载流子平均自由程增大,载流子能量增强,对薄膜高分子链的破坏作用加剧,导致Ub降低。空间电荷分布特性研究表明:θ升高,载流子能量增大,加速了薄膜高分子链降解并生成小分子及自由基,增大了薄膜的陷阱密度,载流子频繁地入陷与脱陷,进一步加剧了高分子的降解,使薄膜老化寿命明显缩短。研究为优化变频牵引电机绝缘系统的设计奠定了基础。

聚酰亚胺漆包扁线的耐油水性能分析

本文用三种不同聚酰亚胺漆,通过漆包工艺,制备了漆包扁线1#、线2#和线3#。分别制成U型试样和局部放电起始电压(PDIV)试样,做0.2%和0.5%的耐油水实验,然后测试外观、室温击穿电压和PDIV值,评价耐油水性能。结果发现:三个试样表现了不同的耐油水性能,漆包扁线1#可以耐0.2%和0.5%油水;线2#可以耐0.2%油水,不耐0.5%油水;线3#不耐0.2%和0.5%油水。本实验有效的区分了三种聚酰亚胺漆的耐油水性能,油中含水量增加,加剧聚酰亚胺绝缘层失效。

偏置电压对变频电机匝间绝缘PDIV及绝缘寿命影响研究

利用可在正弦及重复方波电压上叠加不同直流偏置电压的测试平台,对比研究了不同直流偏置电压对变频电机匝间绝缘局部放电起始电压(PDIV)及绝缘寿命的影响。结果表明:施加+1000、-1000、+1750、-1750 V直流偏置电压对具有对称电极结构的匝间绝缘模型PDIV影响较小;在非对称球-板电极电场结构下,聚酰亚胺薄膜的PDIV降低约30%。另外,研究发现,以上直流偏置电压对匝间绝缘模型与聚酰亚胺绝缘寿命均无显著影响。据此,在对变频电机进行绝缘评估时,应关注测试所用电极结构对测试PDIV的影响。